¿Qué métodos existen para determinar el gasto metabólico basal?

Calorimetría Directa

Puesto que toda la energía se transforma finalmente en calor la cantidad de energía liberada en una reacción biológica se calcula a partir de la cantidad de calor producido. La energía producida en los sistemas biológicos se mide en kilocalorías. Por definición una kilocaloría equivale a la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 Kg de agua desde 14.5ºC hasta los 15.5ºC con una presión atmosférica de 760 mmHg. Una caloría es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en las mismas condiciones anteriormente mencionadas. De esta manera, midiendo la producción de calor de nuestro cuerpo se puede calcular el ritmo de la utilización de la energía. Este proceso se puede realizar a través del uso de una cámara calorimétrica. La cámara calorimétrica se caracteriza por ser hermética, en su interior puede vivir, trabajar y ejercitarse una persona por períodos prolongados de tiempo. Para que haya ventilación satisfactoria, se emplean sustancias químicas que eliminan continuamente la humedad y absorben el dióxido de carbono del aire que exhala la persona (Figura 2). El oxígeno que se añade al aire circula por el interior de la cámara. En la cámara, mediante una serie de tuberías de cobre circula un volumen conocido de agua que absorbe el calor producido e irradiado por la persona. Toda la cámara está aislada, de forma que cualquier variación de la temperatura del agua se debe directamente al metabolismo energético de la persona. El producto del aumento de la temperatura por el peso del agua da el número de kilocalorías liberadas. De esta manera se puede medir el metabolismo energético del ser humano midiendo su producción de calor.

Los profesores W.O. Atwater y E.B. Rosa en 1890 construyeron y perfeccionaron el primer calorímetro humano de importancia científica (McArdle et al, 2005). Sus experiencias que relacionaban las entradas de energía con los gastos energéticos, verificaron con éxito la ley de la conservación de la energía y validaron la relación entre la calorimetría directa e indirecta. Los experimentos duraban desde varias horas hasta 13 días. Pero la lenta generación de datos que produce la cámara calorimétrica no permite el estudio del metabolismo energético durante el ejercicio intenso, esto unido al alto costo de construcción de estas cámaras y a las complicaciones de operatividad que presentan (su funcionamiento requiere de 16 personas que trabajan en equipos de 8 durante turnos de 12 horas) hacen que su uso en la actualidad sea escaso. Desde hace varias décadas, se ha desarrollado otra metodología para deducir el gasto energético indirectamente a partir del intercambio metabólico gaseoso.

Calorimetría Indirecta

Debido a que más del 95% de la energía gastada por el cuerpo deriva de las reacciones del oxígeno con los diferentes alimentos, y como las cantidades de oxigeno y dióxido de carbono intercambiados en los pulmones normalmente igualan a las intercambiadas en los tejidos; a través de la recolección de los gases espirados puede obtenerse el consumo calórico. La medición del consumo de oxígeno de una persona durante el reposo o el ejercicio en estado estable permite a los evaluadores obtener un cálculo indirecto, aunque exacto, del gasto energético. Este método de estimación del consumo energético se llama calorimetría indirecta por que la producción de calor no se mide directamente, sino que se estima a partir del consumo de oxígeno. La calorimetría indirecta proporciona un método relativamente sencillo y menos costoso en comparación con la calorimetría directa.

La técnica más utilizada para la valoración del consumo de oxígeno es la espirometría de circuito abierto. En este procedimiento una persona inhala aire ambiental, el cual a nivel del mar, posee una composición constante de:

• Oxígeno (20,93%),

• Dióxido de Carbono (0,03%) y,

• Nitrógeno (70,04%)

La fracción de nitrógeno incluye también una pequeña cantidad de gases inertes. Las variaciones de los porcentajes de oxígeno y dióxido de carbono entre el aire espirado y el aire ambiental inspirado reflejan el metabolismo energético. De esta forma, el análisis de dos factores, el volumen de aire inspirado durante un período de tiempo determinado y la composición del aire exhalado, miden el consumo de oxígeno y de ahí se calcula el gasto energético. Ahora bien, ¿de qué manera puede calcularse cuántas kilocalorías se liberan a partir de una determinada cantidad de oxígeno consumido? Se ha descrito que por cada litro de oxígeno consumido son liberadas aproximadamente 5 kcal. Por ejemplo, una persona que se ejercite con un consumo de oxígeno de 2 L.•min-1 durante 40 minutos, consumirá una cantidad total de 80 litros de oxígeno durante la actividad. Sabiendo que por cada litro de oxígeno consumido se liberan 5 kilocalorías, el gasto calórico del ejercicio será de 400 kilocalorías totales.

Los calorímetros pueden estar compuestos de sensores de O₂ solamente o mixtos, donde también poseen sensores de CO₂. Cuando el dispositivo solo tiene sensores de O₂, directamente se calcula el gasto energético como se mencionó arriba (5 Kcal/L O₂ consumido). Sin embargo, al poseer sensores de CO₂, que también lo hace mas costoso, permite sensar no solo la cantidad de O₂ que se consume sino también la cantidad de CO₂ que se produce y realizar el cálculo a través de la aplicación de la ecuación de Weir modificada (Weir ’49, ’90).

                                                                          GER=[3.9 (VO₂) + 1.1 (VCO₂)]1.44= Kcal/día

Donde:

GER: Gasto energético de Reposo (Kcal/d) 

VO₂: volumen de O₂ consumido/min (ml/min)

VCO₂: Volumen de CO₂ producido/min (ml/min)

Al tener sensores de O₂ y CO₂, la determinación permite diferenciar que de esas 5 Kcal, 3.9 Kcal corresponden a cada litro de O₂ consumido, mientras que 1.1 corresponden a cada litro de CO₂ producido, tal como se menciona en la ecuación de Weir modificada.

Tener sensores de CO₂ en un dispositivo no solamente nos va a permitir conocer con mayor exactitud el valor de la determinación, sino también que nos permitirá conocer que cantidad de energía de la que acabamos de calcular es provista por los carbohidratos y cuanta a través de los lípidos. Este concepto es conocido como Cociente Respiratorio.